情况DNA可以在海洋生物多样性调研中年夜有作为。图片来历：DFO Science

不消捕捞或潜水不雅察，从海中舀一杯水，就可以知道比来有哪些鱼类曾在四周出没，这是甚么仙人技术？

上世纪80年月，情况DNA的概念被初次提出，用在研究陆地震物食性或淡水情况中的微生物构成等。现在科学家又有了颇具野心的打算：用情况DNA查询拜访海洋中的生物多样性。

2018年，首届海洋情况DNA会议在美国洛克菲勒年夜学进行，会议指出对渔业、濒危物种进行监控时，应当让海水中的情况DNA“物尽其用”。

海水中能提掏出的遗传信息良多，好比海洋生物失落落的皮肤细胞、鳞片等组织，这些都属在情况DNA，它们能为正确辨认物种供给帮忙。不止是告知人们海洋中有哪些动物，情况DNA还能告知人们哪些处所有常见����leyu的食用鱼类出没，或检测到哪些水域可能存在污染。

不外，厦门年夜学海洋与地球学院传授丁少雄告知《中国科学报》，“这是一项不错的手艺，但今朝还存在很多缺点”。

离别拖网

2017年炎天，美国国度海洋和年夜气治理局（NOAA）东北部渔业科学中间的研究人员刘媛在纽约州和康涅狄格州之间的长岛湾收集了近30份海水样品。这里是着名的牡蛎产地，很多渔平易近将装有牡蛎的笼子放在海水中养殖，这些笼子会引来很多鱼类。同时，四周还岩石或冷水珊瑚等自然的海底布局，为四周的鱼类供给栖息场合。

养殖牡蛎的笼子和自然的珊瑚岩石别离代表了人造和自然两类海底布局，它们会吸引分歧的鱼类吗？

这是刘媛收集海水样品的目标。她采样的两个站点间距年夜约有2000米，用传统的拖网查询拜访不年夜可行。“在这么小的规模内，不太可能找到较着的不同。”刘媛说。

经由过程辨认海水样本中的情况DNA，则有可能找到蛛丝马迹。刘媛与合作者对收集到的样本进行测序阐发，将取得的遗传标识表记标帜与数据库进行比力，发现简直有一部门鱼更青睐有自然布局的海底，并且在样本收集的3个月中，鱼群种类构成随时候推移有较着转变。

海洋生物多样性组成、鱼群迁移阶段……简直，跟拖动粗笨的鱼网比拟，舀一杯水会轻盈很多。并且在珊瑚礁等鱼群种类丰硕的处所，需要找到更便捷且对情况友爱的调研体例。

以辨认海洋中的生物多样性为例，假如靠传统捕捞手段，研究者在统一海域能捕捉到约20种分歧的鱼类；但用情况DNA，在统一水域中则可以有100多个物种被检测出来。

假如能收集到更多更具延续性的样本，将其与传统查询拜访体例得出的成果相对比、验证有用性，那末假以光阴，情况DNA手艺则有可能成为垂钓、拖网、潜水等方式以后，一种新的海洋生物多样性查询拜访利器。

“我们从一小杯水中就可以知道一年夜群鱼的信息，这在情况和经济方面都具有重年夜意义。”洛克菲勒年夜学生物信息和遗传学家Mark Stoeckle曾如许评价情况DNA手艺的利用前景。

更给力的测序手艺

DNA作为遗传信息存在在生物的每个细胞中。早在1990年前后，就有研究者操纵情况DNA辨认水中的微生物。2003年，情况DNA初次用在检测样品中是不是存在年夜生物（指肉眼可见的生物）。到2010年前后，逐步有研究者将情况DNA手艺引入海洋查询拜访中。

经由过程一个注意的过滤器，研究者可以从水体样本中提掏出物种DNA。在一份海水样品中，可包括的DNA片断能到达上万万个，而每个物种能携带的DNA又是并世无双的。将从样品中取得的遗传标识表记标帜序列与DNA数据库中的序列比拟对，就像是在通信录里找到响应的德律风号码，从而确认阐发的DNA来自甚么物种。

阐发情况DNA经常使用的方式包罗定量聚合酶链式反映手艺（PCR）和基在高通量测序的宏条形码手艺。之前，测定海水中的DNA不但费用昂贵，并且需要的时候较长。跟着基因测序手艺的成长，弄清水中有哪些生物的DNA不像先前一般昂贵，并且效力愈来愈高。

好比在辨认特定物种的丰硕水平时，情况DNA的阐发成果可以在样本收集后的几天内得出，对某些物种的阐发乃至可以在24小时内得出成果。

斯坦福年夜学的海洋生物学家Barbara Block和其他研究者正在操纵情况DNA追踪年夜白鲨在海中的踪影。操纵纳米孔测序手艺，他们可以在48小时内肯定采样处是不是曾有年夜白鲨出没。

不外，对哪一个基因进行测序是一个不竭作决议的进程。“生物的全部DNA携带的信息量很是重大，只要拔取此中一段便可以鉴定物各种类，但具体选择哪一段基因需要好好考量。”刘媛告知《中国科学报》。

好比COI基因作为利用最普遍的尺度条形码基因，有当前最丰硕的参考序列数据库，对物种的判定特异性较高，可是可能不足以涵盖高度的多样性。

成为主流手艺的门坎

丁少雄告知《中国科学报》，情况DNA在今天若要真的阐扬实力，还需要知足一些条件前提，“好比水体样本中可否成功提掏出所有方针生物的DNA，测序成果可否从DNA数据库的序列中找到参照”。

和人失落落在房间里的皮肤细胞分歧，鱼类或其他海洋生物失落落的皮肤组织会遭到水流、温度和酸碱性等身分的影响，在较短的时候内稀释、降解，是以从水体样本中提掏出所需要的物种DNA有必然难度。

另外一方面，若DNA数据库没有周全、高质量的序列贮备，即使从海洋中提掏出情况DNA，也只能是“巧妇难为无米之炊”。“有时我们将检测成果与数据库相对照，得出的成果是‘未知’，但谜底真的是未知吗？也许传统的物种判定学家应当和情况DNA的研究者一路工作，DNA数据库需要扩充。”刘媛暗示。

对当局部分和项目帮助者来讲，他们可能更但愿看到情况DNA与传统的研究方式有何分歧，和对情况DNA的操纵可否到达更高效的水准，好比不只是测定某一区域有几多种鱼类，还要进一步肯定这些鱼类的生物量。

“但这项工作的影响身分太多了，季候、水温、水深、风的巨细、水流转变等等，城市对生物量的估算发生影响。”丁少雄暗示。

也许与更多学科的研究者合作能一步步解决这些问题。刘媛提到一些假想：“好比情况DNA的研究者应当与研究海洋物理的科学家合作，弄清海里的水若何活动，连系海水中各类复杂的化学和物理进程，成立关在情况DNA在水体中存留时候的正确模子。”

非论若何，情况DNA研究遭到了愈来愈多的存眷，丁少雄坦言，近两年看到的与情况DNA相干的项目申请数目较着变多。不外，这项手艺可否成为将来的主流，还需要更多的时候和经费去验证。

（逍遥客）